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Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf die Struktur und Funktion der Bodenmikroflora

Schloter, Michael; Cania, Barbara and Schulz, Stefanie (2018) Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf die Struktur und Funktion der Bodenmikroflora. [Influence of management measures on the structure and function of the soil microflora.] Helmholtz Zentrum München GmbH, Abteilung für Vergleichende Mikrobiomanalysen (COMI), D-Neuherberg .

[img] PDF - German/Deutsch (Schlussbericht)
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Summary

Im ökologischen Landbau gilt es unter umweltschonender Bewirtschaftung trotzdem hohe Erträge zu erzielen. Bisher wurde dies durch konventionelle Pflügung realisiert, diese Maßnahme zerstört aber die Bodenstruktur und damit den Lebensraum wichtiger Organismengruppen. Daher ist es wünschenswert die im konventionellen Landbau schon übliche reduzierte Bodenbearbeitung auch im ökologischen Landbau zu etablieren. Im Rahmen dieses Projektes wurde daher untersucht wie sich die reduzierte Bodenbearbeitung auf das Mikrobiom auswirkt. Da Pflügen insbesondere die Bodenstruktur zerstört, lag der besondere Fokus auf dem bakteriellen Potential strukturbildende Substanzen wie Exo-(EPS) und Lipopolysaccharide (LPS) zu produzieren. Dazu wurden vier Standorte mit unterschiedlicher Bodentextur untersucht.
Das Potential zur Bildung von EPS/LPS war generell im Pflughorizont am größten. Als Indikatorgene wurden wza für die EPS-Synthese und lptG und lptF für den LPS Transport identifiziert. Während die Abundanz der Gene nicht durch die Bodenbearbeitung beeinflusst wurde, hat sich die Zusammensetzung der Schlüsselorganismen je nach Standort, Tiefe und Bodenbearbeitung unterschieden. Da die strukturbildenden Eigenschaften der Polysaccharide bei jedem Organismus anders sind, können kleine Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung zu großen Unterschieden in der Aggregatstabilität führen. So hat sich gezeigt, dass trotz vergleichbarer relativer Genabundanzen schluffiger Boden am sensibelsten auf die Bodenbearbeitung reagiert, mit höheren Werten unter reduzierter Bodenbearbeitung. Die sowieso schon schlechte Aggregierung in sandigen Böden, konnte nicht verbessert werden. Alternativ könnte man hier aber durch reduzierte Bodenbearbeitung die Entwicklung von BBK unterstützen, die wie sich gezeigt hat ein großes Potential für die Speicherung von Nährstoffen haben, als auch die Bildung von EPS/LPS. Interessanterweise haben die Netzwerkanalysen ergeben, dass insbesondere Bakterien, die das Pflanzenwachstum unterstützen wie Micromonapsora und Actinobacteria durch die Bodenbearbeitung beeinflusst werden. Sie akkumulieren im Oberboden bei reduzierter Bearbeitung und unter dem Pflughorizont bei den Pflugvarianten und folgen somit der Wurzelpenetrationstiefe.

Summary translation

Improving the productivity of organic farming systems is of major importance for the development of a more sustainable production. This is often realized by applying conventional tillage practices, which in turn destroy the structure of the topsoil and thus the environment for many soil organisms. Therefore it is desirable to establish reduced tillage practices, which is already state of the art in conventional farming. It was the aim of this project to compare the impact of reduced (RT) and conventional tillage (CT) on the microbiome under organic farming. As CT especially alters the soil structure we focused on bacteria, which are able to produce soil structure stabilizing compounds like exo- (EPS) and ipopolysaccharides (LPS). Therefore we analyzed samples from 4 trials across Europe, which mostly differ in soil texture.
The potential to produce EPS/LPS was always highest in the tillage horizon. As indicator genes wza for the EPS synthesis and lptG and lptF for the LPS transport have been identified. While the abundance of those genes didn’t change under different tillage regimes, the bacterial community behind differed with sampling depth, tillage regime and trial. This indicates that even small changes in the bacterial community composition could disturb the overall capacity of EPS and LPS to stabilize soil structure as gluing properties differ strongly. Thus, it became obvious, that despite stable gene abundances silty soil was most sensitive towards different tillage regimes, with higher aggregate stability under RT. The generally low aggregate stability of sandy soils couldn’t be improved, but alternatively reduced tillage might favour the establishment of biocrusts, which improved nutrient input as well as soil stability due to an extreme increase of EPS/LPS genes.
Interestingly, co-occurrence analysis revealed that indicator organisms, which reacted strongest towards tillage, belonged to the plant growth promoting bacteria (PGPB) like Micromonapsora and Actinobacteria. Those PGBP accumulated in the topsoil under RT and in deeper soil layers under CT, and thus followed the root growth.

EPrint Type:Report
Keywords:BÖLN, BOELN, BÖL, BOEL, FKZ 11OE001, TILMAN-ORG, tillage, soil microbiome, soil functions, soil quality
Subjects: Soil > Soil quality
Crop husbandry > Soil tillage
Research affiliation: European Union > CORE Organic Plus > FertilCrop
European Union > CORE Organic II > TILMAN-ORG
Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOELN > Plants > Pflanzenbau
Germany > Other organizations
Related Links:https://www.bundesprogramm.de, http://orgprints.org/cgi/search/advanced?addtitle%2Ftitle=&keywords=11OE001&projects=BOEL&_order=bypublication&_action_search=Suchen, https://www.helmholtz-muenchen.de/comi/index.html, https://www.tilman-org.net, https://www.fertilcrop.net/fc-home-news.html
Deposited By: Schloter, Prof. Dr. Michael
ID Code:34142
Deposited On:03 Dec 2018 13:55
Last Modified:03 Dec 2018 15:34
Document Language:German/Deutsch
Status:Unpublished
Refereed:Not peer-reviewed
Additional Publishing Information:Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Bundesprogramms Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft.
Projektleitung: Prof. Dr. Michael Schloter, Helmholtz Zentrum München GmbH, Abteilung für Vergleichende Mikrobiomanalysen (COMI)

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